包括淀粉纤维的吸收性、柔韧性的结构制造技术

一种包括淀粉纤维的柔韧性吸收结构。在水、增塑剂和其它添加剂存在下，将天然淀粉熔融挤出并纺粘以形成低密度、吸收性柔韧结构。该结构显示与生活消费纸产品如纸毛巾，卫生纸，面纸，餐巾与湿纸巾等所需性能相匹配的性能。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能被挤出成纤维形式的假热塑性淀粉。淀粉可经挤出，然后用熔喷法或纺粘法使其形成纤维状低密度结构。众所周知，淀粉分子存在两种形式基本上线性的直链淀粉聚合物和高支化的支链淀粉聚合物。这两种形式的淀粉具有非常不同的性质，这可能是由于不同分子间的羟基易于缔合的结果。直链淀粉的分子结构基本上是具有2-5个比较长支链的线性结构。支链的平均聚合度是约350个单体单元。在主要用适当的溶剂稀释，在某些情况下加热稀释以提供足够的分子运动自由度的条件下，线性直链淀粉链被优先取向成平行的直线排列，使一个链上的羟基与邻近链上的羟基极接近。可以认为邻近直链淀粉分子的直线性便于形成分子间氢键。因此，直链淀粉分子形成剧烈聚集。相反，支链淀粉的分子结构通过1，6-α键被高度支化。支链的平均聚合度是约25个单体单元。由于高度支化的结构，因此支链淀粉分子不易自由移动，不容易成直线和不易缔合。人们尝试在塑料工业的标准设备和现有已知技术上加工天然淀粉。由于天然淀粉通常具有粒状的结构，在像热塑性材料一样，将淀粉进行熔融加工前，需要对其“破坏(destructurized)”和／或改性。为了进行破坏，通常在一定压力条件下，将淀粉加热至高于其软化温度和熔融温度。淀粉粒的分子结构发生熔融和无序，从而得到破坏了的淀粉。还可以使用化学试剂和酶催化剂对淀粉进行破坏，氧化或衍生化。改性的淀粉已经被用于生产可生物降解的塑料，其中将改性的淀粉作为添加剂或次要的成分与石油基的或合成的聚合物混合。但是，当加工改性定粉本身或用常规的热塑性加工技术(如模塑或挤出)将改性的淀粉作为主要成分与其它材料混合时，成品趋于具有高的瑕疵率。此外，人们还发现改性淀粉(单独地或作为混合物的主要成分)的熔融延伸性差；因此，不能成功地用单轴或双轴拉伸加工方法将改性淀粉加工成纤维，膜，泡沫体等等。先有的生产淀粉纤维的尝试主要涉及湿法纺丝方法。例如，可以从喷丝头挤出淀粉／溶剂胶体悬浮液进入纺丝浴。该方法显著地取决于直链淀粉成线性的趋势，和形成强的缔合聚集以提供最终纤维的强度和整体性。容许任何支链淀粉作为杂质，不利于纤维纺丝加工效果和最终产品的强度，由于，众所周知天然淀粉富含支链淀粉，早期的方法包括预处理天然淀粉以得到用于纤维纺丝所希望的富含直链淀粉部分。很清楚，由于大量的淀粉(也就是支链淀粉部分)被丢弃，该方法在工业规模上的生产不经济适宜。在最近的技术发展中，可将通常是高支链淀粉含量的天然淀粉湿纺成纤维。但是，该湿纺纤维是粗糙的，一般纤维直径大于50微米。另外，在该方法中所使用的大量溶剂需要另外的干燥步骤，和排放物的回收和处理步骤。有关湿纺淀粉纤维的一些参考文献包括在1979年2月13日授权给Hernandez等人的美国专利No．4，139，699；在1989年8月1日授权给Eden等人的美国专利No．4，853，168；和在1981年1月6日授权给Hernandez等人的美国专利No．4，234，480。Buehler等人的美国专利No．5，516，815和No．5，316，578涉及用于从熔融纺丝方法生产淀粉纤维的淀粉组合物。将熔融淀粉组合物从喷丝头挤过，以生产比喷丝头上的模孔直径稍大直径的长丝(即，模头膨胀效应)。接着，通过拉伸设备对长丝进行机械拉伸或热机械拉伸，以降低纤维的直径。Buehler等人的淀粉组合物的主要缺点是没使用能提高淀粉组合物熔融伸长性的高分子聚合物。因此，不能成功地将Buehler等人的淀粉组合物熔融拉细，以生产25微米或更小直径的精细纤维。在1989年8月8日授权给Sachetto等人的美国专利No．4，900，361；在1992年3月1O日授权给Lay等人的美国专利No．5，095，054；在1998年4月7日授权给Bastioli等人的美国专利No．5，736，586；和由Hanna等人申请的1997年3月14日公开的PCT出版物WO98／40434中披露了其它的可热塑性加工的淀粉组合物。这些淀粉组合物不含有高分子量聚合物，为了得到所需要的熔体粘度和熔体伸长性，需要高分子量聚合物，高分子量聚合物是生产精细纤维，薄膜或薄壁泡沫的关键性的材料特征。纤维素纤维网如纸是在现有技术中公知的。当今低密度纤维网被广泛地用于各种产品如卫生纸，纸毛巾，面纸，餐巾与湿纸巾等等。对这些纸产品的大量需求提高了改进这些产品及其生产方法的需要。与造纸工业有关的几个已知方面要求造纸厂要实现机器和资源的费用与将纸产品送至消费者的总费用之间的平衡。例如，大量的纸产品引起对木质基纤维素纤维的需求增加，由于森林采伐导致树木的快速消耗。另外，在常规的造纸操作中，为了形成含水纸浆浆料，将木质纤维素纤维纸再浆化、搅打或精炼以得到水合纤维。生产用于手纸、纸巾和尿布的纸产品的方法通常包括制备含水浆料，和然后接着从浆料中除去水，同时重新整理其中的纤维以形成纸幅。接着脱水，将纸幅加工成干燥的卷或片形并渐渐地转换成消费包装。必须使用各种类型的机器以协助脱水工艺和转换操作，这首先需要有效投资。另外，常规的造纸操作包括为了得到特殊的最终产品性能，往纸浆中加入添加剂。例如，在纸的生产中经常使用添加剂如强度树脂，脱粘表面活性剂，软化剂，颜料，晶体，合成的微球体，阻燃剂，染料，香料等等。由于不被保留的部分添加剂不仅使经济受损失而且如果它变成工厂废液还会产生严重的环境污染，所以对生产者存在的难题是在造纸工艺刚结束时，这些添加剂的有效保留。还可以将添加剂加入到纸幅中，接着通过涂敷或渗透工艺(现有技术中常规已知技术)脱水。这些方法通常需要消耗过量的热能以在涂敷后再干燥纸。此外，在某些情况下，涂敷体系需要溶剂，这提高了投资费用并且需要回收可挥发材料以满足管理的要求。在造纸中已经可以使用除了纤维素外的各种天然纤维以及合成纤维。但是，由于费用高，粘性差，化学不相容性，和在造纸体系处理困难，这些替代品不能提供市场上可接受的纤维素的代用品。在造纸工艺的各方面，淀粉纤维已被推荐作为纤维素的代用品，但是商业上打算使用这种纤维已经失败了。结果，仍然几乎唯一的从木质基纤维素各成分生产纸制品。淀粉是具有类纤维素结构的植物碳水化合物。其中纤维素是通过(1，4)-β键连接的D-葡聚糖单体的聚合物，淀粉是主要通过(1，4)-α键连接的D-葡萄糖单元的聚合物。由于淀粉源自农产品，所以淀粉便宜并且丰富。当在造纸工艺的各方面加入淀粉时，企图在商业造纸工艺中使用淀粉纤维作为纤维素纤维的替代品已经失败了。因此，需要从天然淀粉中得到廉价的和可熔融加工的组合物。在加工操作中，这类可熔融加工淀粉组合物不应需要蒸发大量溶剂或产生大量废物。此外，这类淀粉组合物应具有适用于常规塑料加工设备的熔体流变性。还需要用于单轴和双轴拉伸加工方法的淀粉组合物能生产纤维，膜，片，泡沫，成形制品等等，并且经济效益好和效率高。特别是，淀粉组合物具有适于在熔融相以基本上连续的方式(即无过量的熔体破坏或其它瑕疵)进行单轴和双轴拉伸加工的熔体流变性。此外，需要对包括淀粉纤维的低密度柔韧性结构挤出或纤维纺丝技术。特别是，包括淀粉纤维的低密度柔韧性结构，其中该结构相对于纤维素浆料纤维结构等等，具有改进的拉伸强度，柔软性和吸收性，同时保持可生物降解性和可冲洗性。本专利技术提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸收性、柔韧性的结构，该结构包括假热塑性淀粉纤维。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：LN玛奇，JD米勒二世，MR里查德斯，JG麦克尔，DW卡贝尔，VA贝利，
申请(专利权)人：宝洁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]